高中物理奧林匹克競賽復(fù)賽實驗考核課件實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量

實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量

【實驗?zāi)康摹?．測定圓盤和圓環(huán)繞對稱軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量。2．驗證轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量相對定軸的分布關(guān)系和平行軸定理。1/5/20251【實驗裝置】實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量三線扭擺指針金屬環(huán)1/5/20252【實驗原理】1．轉(zhuǎn)動慣量與平行軸定理在剛體動力學(xué)中，剛體轉(zhuǎn)動的角加速度正比于合外力矩，即 ?一個剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量等于每個質(zhì)元離轉(zhuǎn)動軸距離的平方與質(zhì)元的質(zhì)量乘積對整個體積的積分 由于轉(zhuǎn)動軸改變，剛體的轉(zhuǎn)動慣量也隨之改變，因此我們要找到繞任意軸的轉(zhuǎn)動慣量與過質(zhì)心平行于該軸的轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系，于是就得到了剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的平行軸定理。實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量1/5/20253【實驗原理】2．三線扭擺三線扭擺，上下盤由三條等長的懸線連接，其端點分別位于內(nèi)接上下盤圓周的兩個正三角形頂點上，兩盤垂直于中心軸?OO’?軸。其轉(zhuǎn)動慣量為將被測圓環(huán)放在下圓盤上，使兩圓心重合（圓盤上畫有定位線）。圓環(huán)與圓盤組成一個擺動系統(tǒng)。設(shè)圓環(huán)的質(zhì)量為，則系統(tǒng)的總質(zhì)量為m1+m0，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量為J，擺動周期為T1，則有

所以圓環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量1/5/20254【實驗內(nèi)容】1．把水平儀放在支架上，調(diào)節(jié)底腳螺絲使支架水平后，再把水平儀放在下懸盤上，調(diào)節(jié)三線的長度使懸盤水平，用固定螺釘將三個調(diào)整旋鈕固定。2．記下懸盤的質(zhì)量m0，輕輕扭動上圓盤（注意，為什么不扭動下圓盤？），使其繞中心軸轉(zhuǎn)過一個小角度（不超過多少度？）借助懸線的張力使擺作扭擺運動，通過指示標志用電子秒表測出懸盤擺動50個周期的時間，重復(fù)十次，求出懸盤的振動周期.3．將鐵環(huán)置于圓盤上，使兩中心軸共軸，記下鐵環(huán)上的質(zhì)量m1，重復(fù)步驟2，求出懸盤與鐵環(huán)共同擺動周期T1

.4．取下圓環(huán)，把兩個質(zhì)量、形狀均相同的圓柱體對稱地放在懸盤上，記下圓柱體的質(zhì)量m2，測出兩圓柱中心與懸盤中心軸之間的距離，同步驟2，重復(fù)十次，求出圓柱體與懸盤共同擺動周期Td

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實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量1/5/20255【實驗內(nèi)容】5．分別量出上圓盤和懸盤三點之距a和b，各取其平均值，算出懸點到中心的距離r和R（r和R分別是以a和b為邊長的正三角形外接圓的半徑）.6．測出兩圓盤間的垂直距離H?，鐵環(huán)的內(nèi)直徑和外直徑2R1和2R2?，測出圓柱體直徑2rd

.7．將實驗結(jié)果與圓環(huán)的理論值、圓柱體的平行軸定理計算的結(jié)果相比較，得到什么結(jié)論。實驗五用三線扭擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量1/5/20256【討論題】1．三線扭擺放上待測物體后，它的轉(zhuǎn)動周期是否一定比空盤的轉(zhuǎn)動周期大，為什么？2．測圓環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量時，把圓環(huán)放在懸盤的同心位置上。若轉(zhuǎn)軸放偏了，測出的結(jié)果是偏大還是偏小，為什么